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      塑料造?;廴诠痰闹饕跋煲蛩厥鞘裁??

      返回列表 责任编辑:德胜小编 浏览次数: 发表时间:2017-09-26 08:54【

      由于物料在熔融阶段的变化过程远比固体输送和熔体输送阶段的变化过程复杂得多,因而给研究带来许多困难。从1957年开始,塔莫尔(Z.Tadmor)和克累恩(I.Klein)在大量实验观察的基础上,于1966年用数学分析的方法建立了熔融理论的数学模型。目前运用熔融理论我们可以预测物料的熔融状况、物料压力、温度和能量消耗,预测挤塑质量、建立最佳工艺条件、设计螺杆和挤塑机等,在实践中得到了广泛的应用。

      (1)熔融过程

      塔莫尔和克累恩通过大量的实验观察认为物料的熔融过程是这样进行的:由加料段输送来的已被压实的固体物料(固体床),在料筒外部加热器的加热及物料与螺杆、物料与料筒、物料与物料之间的剪切热的作用下,温度逐渐上升并在料筒内壁处先开始熔融,在料筒表面形成一层熔膜。随着物料的推进,熔膜的厚度逐渐增加,当熔膜的厚度大于螺杆与料筒的间隙δ时,则被旋转着的螺棱刮向螺棱根部,逐渐地在螺棱推进面的前方汇集成旋涡状的流动区而形成熔池。由于螺槽深度在沿物料运动方向(z方向)上是由深变浅的,所以,固体物料受螺槽底部的推进沿垂直料筒内壁的方向(y方向)上升以获取机筒的热量而加速熔融。使得固体床逐渐变窄,熔池逐渐变宽,直至均化段开始处固体床消失,螺槽全部为熔体所充满。物料熔融过程的物理模型。

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      (a)螺杆螺槽横截面 (b)螺槽展开图

      (b)螺槽展开图可以看出:在挤塑过程中,螺杆的加料段内充满着固体物料,均化段内充满着已熔物料,而在熔融段,固体物料与已熔物料共存,且固相与液相间有一定的分界面。熔融自A点开始,至B点结束。物料的熔融过程就是在此区段内进行的,故这一区段叫做熔融区。不难看出熔融区具有如下特点:

      ①已熔物料呈流线型,而未熔物料则保持初始的固态。

      ②固体区与熔体区之间有一较窄的固液两相共存的分界带。

      ③固体区宽度逐渐变窄至消失,熔体区宽度逐渐变宽以致占据整个螺槽。

      (2)熔融过程的主要影响因素

      塑料造?;?/span>挤出过程中,物料从开始熔融至完全熔融所需螺杆的长度称为熔融区长度(ZT),或熔化长度。一般地,熔融区长度(ZT)越短,则物料熔融越快,反之亦然。

      在上述熔融模型的基础上,塔莫尔和克累恩建立了熔融过程的数学模型,并进行了数学推导,分析认为影响熔融过程的因素有很多,主要可分为以下几个方面:

      ①物料的性质 物料的熔融与物料的比热容、热导率、密度、比能、熔点、黏度等性质有关,对于比热容小、热导率和密度高、比能和熔融温度低的物料,熔化长度ZT较短,或在相同的熔化长度ZT下,能熔融较多的物料量。

      一般地,黏度高的物料,其流动性差,质韧而坚硬,熔融温度都较高,因而加工这类物料时螺杆需传递较大的扭矩,且物料需要一个较长的缓慢吸热过程,因此要求有一个较长的熔化长度ZT。

      ②工艺条件

      a.螺杆转速n,螺杆转速n增大,一方面使被熔物料量QS的增多,所需的热量增多而导致需要较长的熔化长度ZT。另一方面产生的剪切热、摩擦热增多又会缩短熔化长度ZT。因此,这是一对矛盾。而对于普通挤塑机来说,提高螺杆转速n所带来的剪切热、摩擦热增多的作用不足于抵消由被熔物料量QS增加带来的影响,故需要较长的熔化长度ZT。

      b.温度,提高料筒温度Tb和固体物料温度TS,有利于对物料的供热和加速其熔融过程,从而使熔化长度ZT减小。

      塑料造?;?/span>螺杆结构参数 物料的熔融过程中伴随螺杆对物料的压实作用,而螺杆的压实作用是通过改变螺槽横截面积大小来实现的。通常用渐变度A来表征螺槽横截面积大小变化的快慢程度,它决定着与料筒内壁的接触面积的大小,从而影响物料的传热面积和受剪切、摩擦面积,影响着物料的熔融。渐变度A增大时,一方面由于使固体物料受螺槽底部沿垂直料筒内壁的方向(y方向)运动的推进作用增大,迫使固体床的初始形状改变和宽度加宽,增大了与料筒内壁的接触面积,从而加速了熔融。另一方面由于螺槽横截面积的减小增加了对物料的压缩作用,使物料受到的压力p增大,在螺杆转速n一定的情况下,剪切速度梯度增大,剪切作用增强而产生了大量的剪切热,提高了熔融速率,从而加速熔融,熔化长度ZT减小。

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      渐变度A的大小取决于螺杆结构参数(D、H1、H3、L2、φ)。而当D、H1、H3、φ一定时,熔融段的长度L2的长短直接影响渐变度A的大小。

      在挤塑过程中,只有在物料熔化长度ZT基本不变的情况下才能保证产品的产量与质量。在实际生产中物料的品种和螺杆的结构(L1、L2、L3)一定时,要使物料的熔化长度ZT是一个定值,就必须注意以下几点:

      a.塑料造?;?/span>螺杆转速n要稳定。在正常生产过程中,螺杆转速n不能随意改变,因为螺杆转速n的改变将会引起熔化长度ZT的改变,而熔化长度ZT的改变必然导致螺杆三段长度(L1、L2、L3)分配的改变,因此很难保证产品的产量与质量。如果在保证产品质量的前提下需要提高产量,根据以上的分析可知,必须在提高料筒温度Tb和固体物料温度TS的同时提高螺杆转速n。这是用提高料筒温度Tb和固体物料温度TS而使熔化长度ZT减小,来抵消因提高螺杆转速n而使熔化长度ZT增大的效应。当然,这种产量的提高是有限的,它是以增加能量消耗为代价的。

      b.温度T控制要合理。虽然提高料筒温度Tb可以使熔化长度ZT减小,但不能过高,否则将容易引起物料过热分解甚至烧焦。适当提高固体物料温度TS,一般是有利的,它也可使熔化长度ZT减小,但固体物料温度TS不宜过高,否则会对加料段的固体输送能力不利。提高固体物料温度Ts的方法是物料在进入挤塑机之前进行预热,因此,需要增设物料预热装置。

      c.塑料造?;?/span>螺杆的渐变度A要适中。尽管螺杆的渐变度A增大,使熔化长度ZT减小,但渐变度A不宜过大,否则将因剪切作用的增大而导致物料(PVC)产生降解甚至分解现象,同时螺杆扭矩增大,螺杆强度降低且功率消耗增大。


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